Uzdatnianie wody w przemyśle: Metody i surowce
- Szczegóły
Jakość wody jest kluczowa dla przemysłu i życia codziennego, więc procesy uzdatniania wody zyskują na znaczeniu. W poniższym artykule omówione zostaną różne techniki uzdatniania wody oraz wykorzystywane do tego surowce.
Rola uzdatniania wody
Oczyszczanie wody to proces eliminacji niepożądanych substancji chemicznych, zanieczyszczeń biologicznych, zawiesin i gazów z wody. Celem tego procesu jest uzyskanie wody, która jest odpowiednia do konkretnych zastosowań. Warto zauważyć, że normy dotyczące jakości wody pitnej są zazwyczaj ustalane przez rządy lub normy międzynarodowe. Oczyszczanie wody pełni kluczową rolę, ponieważ jakość tego zasobu wpływa bezpośrednio na zdrowie człowieka. Głównym celem procesów uzdatniania jest zapewnienie, że woda będzie bezpieczna i odpowiednia do spożycia przez ludzi jako woda pitna.
Woda jest niezastąpionym elementem potrzebnym do przeprowadzenia wielu procesów i technologii produkcyjnych. Jednak przemysłowa przydatność wody jest uzależniona od jej właściwości. Pożądane jej cechy uzyskuje się poprzez uzdatnianie. Proces ten pozwala uzyskać wodę charakteryzującą się np. optymalną twardością czy odpowiednią czystością biologiczną.
Wiele gałęzi przemysłu, takich jak produkcja żywności, napojów, farmaceutyków czy elektroniki, wymaga czystej wody do różnych procesów produkcyjnych. Poza tym w niektórych gałęziach przemysłu, np. w energetyce, woda jest używana do chłodzenia maszyn i urządzeń.
Woda odgrywa fundamentalną rolę we wszystkich gałęziach przemysłu, a w procesie produkcji wykorzystuje się jej ogromne ilości. Poza tym, że jest głównym składnikiem wielu produktów, może pełnić między innymi funkcję rozpuszczalnika, medium do transportu materiałów, smaru, środka myjącego, czy oczyszczającego. Wykorzystywana jest do generowania energii w elektrowniach wodnych, czy jako czynnik chłodzący elektrowni cieplnych.
Przeczytaj także: Zastosowanie filtrów osmotycznych w przemyśle
Techniki uzdatniania wody
Istnieje wiele różnych technik oczyszczania wody, zależnych od rodzaju zanieczyszczeń, które trzeba usunąć. Rozwój technologii umożliwił opracowanie wielu technik uzdatniania wody. Oczyszczanie wody zaczyna się zazwyczaj od przepuszczenia cieczy przez filtry mechaniczne, które wyłapują zanieczyszczenia wielkocząsteczkowe. Następnie, w zależności od zapotrzebowania, wystawia się ją na działanie różnorodnych procesów fizykochemicznych.
Przemysłowe stacje uzdatniania wody mogą opierać się na różnych systemach uzdatniania. Systemy te umożliwiają zmianę cech jakościowych wody. Pozwalają między innymi na zmiękczenie wody, jej odsalanie, demineralizację, odmanganienie i odżelazanie czy usunięcie z niej substancji lotnych.
Odpowiednie technologie dobiera się w zależności od rodzaju zanieczyszczeń, a także na podstawie parametrów, które musi spełniać oczyszczona woda.
Główne metody uzdatniania wody w aplikacjach przemysłowych to filtracja mechaniczna, zmiękczanie, odżelazianie, odmanganianie, demineralizacja, dejonizacja, dezynfekcja oraz filtracja membranowa (w tym przemysłowa odwrócona osmoza). Oprócz specjalistycznych filtrów o dużej wydajności, często konieczne okazuje się kondycjonowanie wody.
Podstawowe metody:
- Filtrowanie mechaniczne - jest to metoda uzdatniania wody, która opiera się na fizycznym oddzieleniu zanieczyszczeń za pomocą filtrów mechanicznych. Surowa woda w pierwszej kolejności powinna zostać wstępnie oczyszczona, czyli pozbawiona piasku, żwiru i wszelkich zawiesin. Stosowane do tego celu sita, osadniki i filtry mechaniczne to nieodłączny element przemysłowych systemów uzdatniania wody. Znaczenie ma bowiem nie tylko oczyszczanie wody z cząstek stałych, ale również ochrona elementów systemu uzdatniania wody.
- Uzdatnianie chemiczne - polega na dodaniu substancji chemicznych do wody w celu zniszczenia lub usunięcia zanieczyszczeń. Przykłady to chlorowanie, ozonowanie, flokulacja i koagulacja. Chlorowanie to dodawanie chloru w celu dezynfekcji wody, ozonowanie zaś używa ozonu do usuwania zanieczyszczeń.
- Odwrócona osmoza - to technika, w której woda jest przepuszczana przez membranę półprzepuszczalną, która zatrzymuje większość zanieczyszczeń. Proces odwróconej osmozy polega na przepuszczaniu zanieczyszczonej wody przez membranę półprzepuszczalną. Rozmiar porów membrany osmotycznej wynosi około 0,0001 mikrometra i umożliwia zatrzymywanie na swojej powierzchni większości zanieczyszczeń, w tym bakterii chorobotwórczych, azotanów, metali ciężkich, czy pestycydów. Odwróconą osmozę stosuje się więc wszędzie tam, gdzie wymagana jest woda demineralizowana, czyli o bardzo wysokim stopniu czystości. Proces wykorzystywany jest np. w laboratoriach, ale także stosuje się go do odsalania wody morskiej, czy zagęszczania roztworów w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.
- Dezynfekcja UV - w procesie dezynfekcji UV woda przepływa przez komorę, w której wystawiana jest na działanie promieniowania UV o odpowiedniej długości fali, które niszczy lub dezaktywuje obecne w wodzie mikroorganizmy. Niepodważalną zaletą tej metody jest fakt, że dezynfekcja UV nie wymaga użycia substancji chemicznych oraz nie zmienia parametrów wody. Jako że technologia ta jest również stosunkowo łatwa do utrzymania i nie wymaga dużej ilości energii, coraz częściej stosuje się ją w przemyśle.
Surowce wykorzystywane w procesie uzdatniania wody
Do uzdatniania wody wykorzystuje się substancje, które regulują pH wody, utrzymując je na poziomie odpowiednim dla danego procesu uzdatniania lub zgodnym z normami zdrowotnymi. Poza tym istotne są koagulanty, czyli substancje, które powodują, że zawiesiny w wodzie aglomerują się w większe cząstki, ułatwiając ich usunięcie przez sedymentację.
Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd
Stosowanie substancji chemicznych do oczyszczania wody przemysłowej jest powszechne zwłaszcza w przypadku wód o wysokim stopniu zanieczyszczenia. Środki chemiczne stosowane są też w celu zmiany pH wody. Jednym z najczęściej stosowanych środków dezynfekujących jest dwutlenek chloru. Działa na bakterie, wirusy i grzyby, będąc skutecznym już w małych stężeniach, niezależnie od pH. Można go bezpiecznie stosować do dezynfekcji wody pitnej, użytkowej, chłodniczej oraz ścieków.
Do uzdatniania wody przemysłowej stosuje się też podchloryn sodu, inhibitory korozji, koagulanty, kwasy i zasady.
Kluczowe surowce wykorzystywane w procesie uzdatniania wody:
- Kwas Solny: To roztwór wodny gazowego chlorowodoru, który odgrywa kluczową rolę w procesach uzdatniania wody, zarówno poprzez regulację pH, jak i poprzez zdolność do usuwania niepożądanych substancji.
- Chlorek Żelaza 40%: Pełni rolę flokulantu, co oznacza, że efektywnie łączy małe i wolno unoszące się zanieczyszczenia, tworząc większe skupiska. Dodatkowo, jest rozpuszczalny w szerokim zakresie pH, co czyni go idealnym do zastosowań w procesie oczyszczania ścieków. Pełni także funkcję odorantu. Chlorek Żelaza czyści wodę, ponieważ łączy ze sobą drobne cząstki, tworząc większe grudki, które opadają na dno.
- Wodorotlenek Sodu: Jest stosowany w procesach uzdatniania wody ze względu na swoje właściwości zasadowe. Pełni rolę środka dezynfekującego, usuwając zanieczyszczenia i jednocześnie reguluje poziom pH. Utrzymanie odpowiedniego poziomu pH jest kluczowe dla zapobiegania korozji infrastruktury wodnej, takiej jak rury i instalacje.
- Podchloryn Sodu: Ma właściwości antyseptyczne i bakteriobójcze, co jest bardzo przydatne w uzdatnianiu wody. Po dodaniu go do wody zachodzi proces tworzenia kwasu podchlorawego. Oddziałuje on następnie z bakteriami i wirusami, neutralizując je i uniemożliwiając im dalsze rozprzestrzenianie.
Wybór odpowiedniej technologii uzdatniania
Dobór odpowiedniej technologii uzdatniania wody przemysłowej jest kluczowy jeśli mamy na uwadze optymalizację kosztów produkcji czy eksploatacji urządzeń przemysłowych. Wybierając odpowiedni system uzdatniania wody należy przede wszystkim zwrócić uwagę na potrzeby jakich wymaga dana branża. W przemyśle farmaceutycznym na przykład bardzo ważna jest czystość biologiczna wody. W branży ciepłowniczej natomiast istotne będzie uzyskanie wody o obniżonej zawartości tlenu, a w przemyśle browarniczym o obniżonej zawartości wapnia, magnezu i azotanów. Widzimy więc, że różnorodność potrzeb jest ogromna, a każdy przedsiębiorca powinien przeprowadzić rzetelne rozeznanie na poziomie własnej branży.
Istotnym kryterium wyboru jest także wynik analizy wody surowej. Woda pozyskiwana może być z różnych źródeł, a w zależności od uwarunkowań geologicznych posiada różny skład chemiczny. Badanie jakości wody surowej pozwala określić np. twardość wody czy zawartość kationów metali. Dzięki temu, np. Analiza jakościowa wody przemysłowej powinna być przeprowadzana zarówno na poziomie poboru wody surowej jak i tej poddanej uzdatnianiu.
Przeczytaj także: Grupa Azoty Puławy - oczyszczanie wody
W jaki sposób dobiera się przemysłowe filtry do wody? Nie istnieje jedna, uniwersalna technologia umożliwiająca skuteczne usuwanie wszystkich zanieczyszczeń jednocześnie. Podobnie wygląda kwestia doboru metod uzdatniania wody dla specjalistycznych zastosowań przemysłowych. Przemysłowe stacje uzdatniania wody projektuje się na podstawie szczegółowych danych, tj. wyniki analizy wody, wymagania procesu, zapotrzebowanie na wodę czy choćby rodzaj instalacji.
Łatwo zauważyć, że opracowanie skutecznego systemu uzdatniania wody dla przemysłu wymaga przekrojowej wiedzy i dużego doświadczenia.
Recykling wody przemysłowej
Jako że zasoby wody są ograniczone, niezwykle ważnym procesem w przemyśle produkcyjnym jest oczyszczanie ścieków i prowadzenie zrównoważonej gospodarki wodnej. Dzięki oczyszczaniu ścieków w przemyśle produkcyjnym, ograniczana jest ilość zanieczyszczeń wprowadzanych do środowiska, a także zmniejszony zostaje ślad wodny. Ponowne wykorzystywanie wody użytej w procesach produkcyjnych umożliwia znaczne oszczędności kosztów wody wodociągowej i energii.
W obecnych czasach, z uwagi na zmiany klimatyczne i niedobory wody, recykling wody przemysłowej szczególnie zyskuje na znaczeniu. Uzdatnienie wody technologicznej i jej ponowne wykorzystanie wpływa pozytywnie na bezpieczeństwo procesów, ciągłość produkcji, zapobiega kosztownym awariom, oszczędza wodę i zmniejsza straty energii. Bardzo ważny jest też aspekt ekologiczny - zmniejsza się ilość zanieczyszczeń, które trafiają do środowiska naturalnego, co skutkuje poprawą jakości wód gruntowych, rzek i jezior.
Oczyszczanie ścieków w przemyśle produkcyjnym umożliwia też oszczędności surowców, co jest korzystne zarówno dla środowiska, jak i dla gospodarki.
tags: #uzdatnianie #wody #przemysł #metody
